[发明专利]微纳金字塔硅/InGaN杂合pn结太阳能电池及其制法

摘要

本发明提供了微纳金字塔硅/InGaN杂合pn结太阳能电池及其制法。所述太阳能电池由P电极、p‑Si、n‑InGaN、N电极依次层叠构成，采用垂直电极电导结构，其中的异质结结构采用p‑Si/n‑InGaN杂合pn结，在p‑Si/n‑InGaN接触界面处的p‑Si表面处理成微纳金字塔结构。本发明可大幅度地提高InGaN太阳能电池器件的光电转换效率；有效解决了载流子输运和电极吸收问题，同时采用p‑Si替代高In组分的p‑InGaN，从根本上避开了InGaN的p型掺杂瓶颈问题，p‑Si表面生长出形状可控的微纳金字塔阵列，大大提高了太阳能电池的吸光能力，有效提高了太阳能电池的光电转换效率。

主权项

制备微纳金字塔硅/InGaN杂合pn结太阳能电池的方法，其特征在于包括如下步骤：采用热蒸发镀膜的方法在p‑Si层的反面制作P电极层，在低真空环境中生长，控制生长温度为2000℃～3000℃，生长时间为30min‑50min，厚度为80nm～100nm；对P电极层之上的p‑Si单面抛光，晶向是(100)，P电极层的长宽尺寸是10.0mm×(10.5mm±0.2mm)，厚度是520±10um，晶向是<100>±0.5，电阻率为0.1～0.5Ω·cm；其表面经加工形成微纳金字塔结构，得到p型Si层；在p型Si层2之上制作n型InGaN层，采用MOCVD法生长该n型InGaN层，以III族金属有机物三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)作为III族源，NH3作为V族氮源，N2和H2作为载气，硅烷(SiH4)作为n型掺杂剂，其中V/III即N/Ga的摩尔比例为1000～1600，H2/N2的体积比例为20％～25％，其生长速率为每小时生长2um～3um，生长温度为800℃～1000℃，压强为100～400mbar，此n型InGaN层最终厚度为3nm～5nm；在n型InGaN层上的一边缘上方制作N电极层，分别为Al层、Ti层、Ni层、Au层，每层均在低真空环境中采用热蒸发镀膜的方法制作，利用掩膜板使Al层的宽度占外延片宽度的1/4，生长温度为2000℃～2500℃，生长时间为30min‑50min，厚度为1um～2um，厚度能覆盖n型InGaN层边缘下方的金字塔深度；Ti层镀在Al层上，生长温度为3000℃～3500℃，生长时间为10min‑30min，厚度为5nm～10nm；Ni层镀在Ti层上面，生长温度为3000℃～3500℃，生长时间为10min‑30min，厚度为5nm～10nm；Au层镀在Ni层上面，生长温度为2000℃～3000℃，生长时间为30min‑50min，厚度为100nm～200nm；所制得的一种微纳金字塔硅/InGaN杂合pn结太阳能电池包括：一P电极层；一p型Si层，该p型Si层制作在P电极层上，p型Si层的上表面为微纳金字塔结构；一n型InGaN层，该n型InGaN层制作在p型Si层的表面上，n型InGaN层的上表面为微纳金字塔结构；一N电极层，该N电极层制作在n型InGaN层上。